基于Infineon單片機(jī)的CAN網(wǎng)關(guān)研究

作者：時(shí)間：2010-04-07 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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控制器局域網(wǎng)CAN（Controller Area Network）是德國(guó)Robert Bosch公司在20世紀(jì)80年代初為汽車(chē)業(yè)開(kāi)發(fā)的一種車(chē)載專(zhuān)用串行數(shù)據(jù)通信總線(xiàn)，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，現(xiàn)在越來(lái)越多地被眾多汽車(chē)廠(chǎng)商所認(rèn)可。CAN不僅在汽車(chē)領(lǐng)域，而且在工業(yè)控制領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用，如工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制、小區(qū)安防、環(huán)境監(jiān)控等。由于在具體工程應(yīng)用中往往需要連接2路或者多路CAN子網(wǎng)，因此，CAN網(wǎng)關(guān)是必不可少的，是組網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備之一。
　在歐洲乃至世界上的很多汽車(chē)廠(chǎng)家，大部分的車(chē)內(nèi)電子控制單元大量使用原德國(guó)西門(mén)子半導(dǎo)體部門(mén)英飛凌科技(Infineon Technologies)的微控制器,特別是C166系列MCU,其優(yōu)良特性得到各大汽車(chē)廠(chǎng)家的公認(rèn)[1]。Infineon XC2000系列MCU是英飛凌新推出的具有32位處理器性能的16位MCU。XC2000家族又下分3個(gè)系列：XC2200、XC2300和XC2700。XC2200主要針對(duì)車(chē)身網(wǎng)關(guān)的應(yīng)用；XC2300主要針對(duì)汽車(chē)安全性能的應(yīng)用；XC2700則主要針對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用。XC2000系列相對(duì)XC166系列,其內(nèi)部的Flash和SRAM更大、主頻更快、外設(shè)（如CAN節(jié)點(diǎn)）更多。其中，片內(nèi)Flash最大為768 KB，片內(nèi)SRAM最大為82 KB，主頻最高為80 MHz。
　本網(wǎng)關(guān)采用Infineon公司生產(chǎn)的XC2200單片機(jī)，利用該單片機(jī)MultiCAN模塊的網(wǎng)關(guān)(Gateway)功能實(shí)現(xiàn)CAN網(wǎng)關(guān)[2]。
1 CAN總線(xiàn)協(xié)議
　CAN總線(xiàn)是一種多主總線(xiàn),支持分布式實(shí)時(shí)控制的串行數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò),可以有效地構(gòu)成分布式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。CAN提供高達(dá)1 Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，這使實(shí)時(shí)控制變得非常容易。另外，硬件的錯(cuò)誤檢定特性增強(qiáng)了CAN的抗電磁干擾能力。CAN 協(xié)議支持4種不同的幀類(lèi)型:數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、出錯(cuò)幀、超載幀。
　在各種幀類(lèi)型中，最常用的是數(shù)據(jù)幀。CAN標(biāo)準(zhǔn)幀類(lèi)型的數(shù)據(jù)幀如圖1所示,這也是CiA推薦的CANopen數(shù)據(jù)幀格式。

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/173388.htm

2 CAN總線(xiàn)通信硬件實(shí)現(xiàn)
通常，1個(gè)完整的CAN節(jié)點(diǎn)應(yīng)該包括以下3個(gè)部分：微控制器(MCU)、CAN控制器、CAN收發(fā)器。在本系統(tǒng)中，由于XC2200單片機(jī)內(nèi)部集成了CAN控制器，因此在外圍電路設(shè)計(jì)上只需考慮CAN收發(fā)器[3]。
本系統(tǒng)CAN收發(fā)器采用PCA82C250，PCA82C250與CAN總線(xiàn)的接口部分采用了安全和抗干擾措施。CANH和CANL與地之間并聯(lián)了2個(gè)30 pF的小電容,可以濾除總線(xiàn)的高頻干擾。另外,在2根CAN總線(xiàn)接入端與地之間分別反接1個(gè)保護(hù)二極管,當(dāng)CAN總線(xiàn)有較高的負(fù)電壓時(shí),通過(guò)二極管的短路可起到一定的過(guò)壓保護(hù)作用。PCA82C250的Rs腳上接有1個(gè)斜率電阻,電阻大小可根據(jù)總線(xiàn)通信速度適當(dāng)調(diào)整,一般在16～140 kΩ之間。
用光電隔離芯片6N137將CAN控制器和收發(fā)器PCA82C250隔離, 以便有效地增加通信距離和抗干擾能力。CAN 總線(xiàn)物理層接口電路如圖2所示，隔離器把單片機(jī)的TXD、RXD與PCA82C250的TXD、RXD分別連接，然后把PCA82C250的CANH和CANL腳分別接到CAN 總線(xiàn)的CANH和CANL上。

3 MultiCAN模塊及網(wǎng)關(guān)功能實(shí)現(xiàn)
3.1 MultiCAN模塊[4]
本方案采用XC2267單片機(jī)，該單片機(jī)MultiCAN模塊擁有5個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)和128個(gè)信息對(duì)象。本方案只使用其中4個(gè)CAN節(jié)點(diǎn),每個(gè)節(jié)點(diǎn)都連接獨(dú)立的CAN收發(fā)器，構(gòu)成CAN通道。在MultiCAN模塊中，每個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)可以被獨(dú)立地配置,且每個(gè)節(jié)點(diǎn)所在的CAN總線(xiàn)波特率可以不同。
利用該模塊的Gateway模式可方便地實(shí)現(xiàn)CAN網(wǎng)關(guān)功能，完成不同CAN總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)交換[5]。這個(gè)過(guò)程無(wú)需CPU參與，有效減輕了CPU負(fù)荷，而使硬件承接了更多的工作量，改進(jìn)了CAN網(wǎng)關(guān)設(shè)備的實(shí)時(shí)性能。
　網(wǎng)關(guān)模式以信息對(duì)象為基礎(chǔ)，在該模式下，數(shù)據(jù)在2個(gè)信息對(duì)象之間傳遞，從而實(shí)現(xiàn)信息對(duì)象所隸屬的CAN節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交換。利用信息對(duì)象之間的交換機(jī)制可以在任意2個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)之間建立起網(wǎng)關(guān),通常需要指明信息對(duì)象的具體傳輸方向（接收或發(fā)送）。
該單片機(jī)MultiCAN模塊擁有多達(dá)128個(gè)信息對(duì)象,所有的CAN節(jié)點(diǎn)共享有這些信息對(duì)象，每個(gè)對(duì)象都可獨(dú)立地分配給MultiCAN模塊內(nèi)任1個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)。每個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)都有1個(gè)相應(yīng)的雙向信息對(duì)象列表，通過(guò)這個(gè)列表來(lái)管理該節(jié)點(diǎn)的信息對(duì)象，每個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)只能把CAN信息儲(chǔ)存在位于自身列表中的信息對(duì)象中。
3.2 CAN網(wǎng)關(guān)軟件設(shè)計(jì)
3.2.1 PC端網(wǎng)關(guān)配置軟件
利用MFC編寫(xiě)PC端網(wǎng)關(guān)配置軟件。PC機(jī)通過(guò)異步串行通信接口連接到網(wǎng)關(guān)設(shè)備，對(duì)其進(jìn)行配置，配置即時(shí)生效。其配置界面如圖3所示。